Vol.
変幻自在な水素を「使いこなす」ためのサイエンス

1

2018

Hydrogenomics
N e w sL e t t e r

H0H+
HCOV.
H-CONTENTS
P1

領域代表挨拶

P3

各計画研究のご紹介

P6

領域キックオフ会議（第1回全体会議）

P7

第1回若手育成スクール

P8

各種研究会

第15回水素量子アトミクス研究会／第1回ハイドロジェノミクス研究会／
第12回物性科学領域横断研究会

P9

若手サイエンティストのご紹介‐①

P10

共用装置のご紹介‐①

P11

今後の予定

領域代表挨拶

ハイドロジェノミクス：高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成
東北大学 材料科学高等研究所教授

折茂慎一

2018 年度 文部科学省科学研究費助成事業・新学術領域研究「ハイドロジェノミクス：高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成」の立上げに際しまして多大なご支援を戴きましたご関係の皆さま方に厚くお礼申し上げます。
本提案の原点は「学問分野の枠を超えて有機的に連携した新たな視点の水素科学が必要」との領域研究者に共通の強い想いです。各研究者の研究内容や専門性に留まることなく、材料合成から様々な解析を含めた研究基盤を全方位的に共有する、そして異分野技術を果敢に取り込む、との初心を堅持したいと思います。

材料中の水素を俯瞰的に捉える

A01「高密度水素による超機能材料さまざまな学問分野の研究者が集結の合 成（ 代 表 東 北 大 学 折 茂 ）」では、水素は、もっとも変幻自在な元素です。

材料中の水素に関する研究は、これめることで、画期的な機能をもつ材料を1 千万倍以上の極めて広い濃度範囲でまでも工学・物理学・化学・生物学など創成します。たとえば、合成プロセスの材料中に存在し、周囲の環境に応じて、 幅 広 い 学 問 分 野で 進 められてきまし

高度化により、遷移金属の周囲に9つも原子状態 H0、共有結合性 HCOV.、イオン性た。
しかし、水素自体が変幻自在であるの水 素を結 合させることも可 能となる

（しかもプロトン H とヒドリドH の両極がゆえに、その捉えかたは千差万別。学ので、高速でのイオン伝導性や高い温性）、そしてそれらの中間状態にもなり、 問 分 野の枠を超えた連 携 研 究が進み度での超伝導、そしてもちろん高密度で＋-水素をできるだけたくさん材料中に詰

さらには各状態で水素自体の大きさもにくい 状 況 が 続 いていました 。そこで の水素貯蔵などの機能発現が期待され劇的に変化します（図1）。

2012 年、科学技術振興機構（ JST ）の ます。

私たちの新学術領域は、そのようなナノテク・材料分野俯瞰ワークショップ

A02「局在水素によるヘテロ界面機変幻自在な水素がもつさまざまな物性・ で「 水 素と水 素 化 物に関わる物 理・化能の強化（代表 東京工業大学 一杉太

機 能 性の研 究を進めることで、水 素を学・工学の統合研究」を提言するなど、 郎 ）」とは、水 素を材 料 界 面にしっかり高度に使いこなすための新たな指導原

各 学 問 分 野を代 表する著 名な水 素の留めることで電子的機能や力学特性を理 、す な わ ち ハ イドロ ジェノミクス

研 究 者に連 携 研 究の必 要 性を広く呼強化する研究で、太陽電池や鉄鋼材料（ hydrogen - omics( 学術体系 ) ）のびかけました。その結果、多くの研究者の研究者との連携も進めます。

構築を目指します。
これは世界でも類をの皆さま方にご賛同をいただき、今回のA03「高速移動水素による次世代創見ない、初めての挑戦です。

新学術領域研究の申請に至りました。

蓄 電デバイスの設 計（ 代 表 山梨 大 学宮武健治）」と「高速・局所移動水素と水素は材料中で...変幻自在有機的な連携による高次水素機能の誘起

1▲ 図1

電子とのカップリングによる新発想デバイスの設計（代表 東京大学 森初果）」
では、水素をすばやく動かすことや電子私たちの新学術領域は、A01 〜 A05と強くカップリングさせることで、次 世の5つ多彩な計画研究で構成されていま代燃料電池やヒドリドを駆使した新たす（図２）。

なデバイスを開発します。

A04「高活性水素の精密制御による重要なポイントは、これらの 5つ計画研究遂行能力の向上を目指して、年 3新規反応プロセスの創出（代表 九州大研究の有機的な連携によって、材料中回開催する若手育成スクールなどの企とは、水素の高活性化に学 山内美穂）」の水素が示すさまざまな機能の相乗効画を通じて多くの若手研究者の育成によりいろいろな物質に変わる効果を高め果（高次水素機能）が誘起できることで努めます。

ることで、医薬品や燃料などの有用物質す。
この誘起が水素を“使いこなす”こと 〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜

をつくるための新たな反応プロセスを創に繋がり、さらには実践的に革新的な材ほとんどすべての材料中に存在する出する研究です。

料・デバイス・反応プロセスを創成するこ元素・水素を“使いこなす”ことができれそして、A05「水素の先端計測による とが可能となります。
これこそが、まさにば、身近な環境や安全安心、さらには有水素機能の高精度解析（代表 東京大ハイドロジェノミクスの構築といえます。

学 福谷克之）」と「水素の先端計測による水素機能の高精度予測（代表 東京大

用物質合成プロセスや地球規模でのエネルギー問題などに対して、極めて大きな貢献ができます。私たちは水素を“使若手研究者の育成にも注力いこなす”ための指導原理となる新たな料・デバイス・反応プロセスの創成の効ハイドロジェノミクスの継続的な発展築を目指して、新学術領域内外の多くの率 化を目指します。特に、先 端 計 測にと普及のためには、キャリアパス拡大も研究者と連携して、5 年間、真剣に水素よって得られたデータを「データ同化」と含めた将来を担う若手研究者の育成がの研究に取り組みます。

呼ばれる手法を用いてシミュレーション重要であることは論を待ちません。その今後ともご支援ならびにご指導賜りに適用、材料中の水素の解析・予測精ために、有機的な連携に必要な「研究企ますよう、どうぞよろしくお願い申し上げ度を高めます。

画・運営・成果発信」を含めた総合的なます。

学 常行真司）」では、材料中の水素をくわしく計測・計算することで、革新的材▲ 図2

水素科学（＝ハイドロジェノミクス）の構

2

各計画研究のご紹介
A01

折 茂 慎一研究代表／東北大学

A01メンバー

研究代表／東京工業大学

局在水素によるヘテロ界面機能の強化

材料中での水素の高密度化過程を先端計測・シミュレーションにより解明し、領域内連携により高密度化しやすい初期の原子・電子構造の設計や新たな機構での高密度化を実現します。
これにより従来の水素密度の限界を突破するとともに、新たな超イオン伝導・超伝導材料などの革新機能材料を合成します。

本新学術領域研究の様々な場面で「界面」が顔を出します。
したがって、界面は共通のキーワードと言えます。領域内連携により研究の幅を広げ、界面における水素の位置、濃度、動き、役割を明らかにし、それらを制御することによって新機能を生み出します。

【研究分担】【研究分担】

東京大学

量子科学技術研究開発機構【研究協力】

大阪大学

室蘭工業大学清水 克哉

A02メンバー齋藤 寛之【研究協力】

亀川 厚則

研究代表／山梨大学【研究分担】【研究分担】

名古屋大学

東北大学

宇佐美 徳隆【研究協力】【研究協力】

産業技術総合研究所

名古屋大学

東京工業大学宮 武 健治水素イオンが高分子薄膜中を高速移動する機能を極限まで追求します。領域内連携により薄膜内部や異種材料界面における水素イオン・電子の移動過程を制御し、従来材料・技術では見通すことができない高出力密度と高エネルギー密度を併せ持つ次世代創蓄電デバイスの設計と原理実証を行います。

【研究分担】

福井 賢一

長田 実

A03-2

研究代表／東京大学

森 初果

高速・局所移動水素と電子とのカップリングによる新発想デバイスの設計

A03-2メンバー

特異な水素ー電子カップリング材料を開発して、その機能発現、機構解明を行い、さらに先端計測・シミュレーションを含めた領域内連携により反応プロセスや界面機能を精鋭化し、また先端計測・計算で動作を最適化して、ヒドリドリアクターなど新発想デバイスを作り上げます。

【研究分担】【研究分担】

早稲田大学

分子科学研究所

兵庫県立大学

小林 玄器

樋口 芳樹

【研究協力】【研究協力】

名古屋大学

物質・材料研究機構

湯川 宏

3北野 政明【研究分担】

小柳津 研一

大阪大学

秋山 英二

【研究協力】

中村 優美子高速移動水素による次世代創蓄電デバイスの設計

A03-1メンバー

一杉 太郎

高密度水素による超機能材料の合成

山室 修

A03-1

A02

西村 睦

A04

研究代表／九州大学

山 内 美穂A05-1

水素の先端計測による水素機能の高精度解析

高活性水素の精密制御による新規反応プロセスの創出

A04メンバークラスター、膜、ナノ粒子などのナノ構造体の特徴を活かして、高活性水素を高選択的に生成する方法を確立し、領域内連携により高選択反応、高難度反応、高効率反応を実現します。
均一・不均一反応などの既存の概念の枠を超え、高活性水素の高度利用という観点から新反応・新プロセスの創製を目指します。

福谷 克之

研究代表／東京大学

水素化物の観測に有効な種々の計測法の高度化を行い、シミュレーション技術との融合により水素データ同化技術を開発することで、先進的な水素化物解析を実現します。
これらの手法を用いて、緊密な領域内連携により、本領域で創出される多様な水素化物の機能発現メカニズムを解明するとともに、新規高機能水素化物の創出を行います。

A05-1メンバー【研究分担】【研究分担】【研究分担】【研究分担】【研究分担】

東京大学

中央大学

理化学研究所高エネルギー加速器研究機構

量子科学技術研究開発機構

吉信 淳

張 浩徹

大友 季哉

【研究協力】【研究協力】【研究協力】

京都大学

大分大学

東京大学

藤田 健一

A05-2

島 隆則

研究代表／東京大学

永岡 勝俊

幾原 雄一

町田 晃彦

【研究協力】

下村 浩一郎高エネルギー加速器研究機構

常 行 真司水素の先端計算による水素機能の高精度予測

A05-2メンバー

水素を含む物質の第一原理シミュレー
ションと理論解析を行います。
実験だけ、シミュレーションだけではわからない、水素の位置、動き、役割を明らかにするため、最先端の計測実験データをシミュレーションに取り入れる「水素データ同化技術」を確立し、領域内連携によりハイドロジェノミクスの課題解決と学理構築を目指します。

【研究分担】【研究分担】

大阪大学

日本原子力研究開発機構【研究分担】【研究協力】

濱田 幾太郎

杉野 修
東京大学

志賀 基之

▲ 水素クラスター

有田 亮太郎東京大学

4

評価グループの先生方

菅野 了次
東京工業大学教授

河村 純一
東北大学教授水木 純一郎
関西学院大学教授

西出 宏之

塚田 捷

早稲田大学
特任研究教授

寺倉 清之

東京大学
名誉教授

物質・材料研究機構
博士・エグゼクティブ・アドバイザー

国際アドバイザリーグループの先生方

Prof. G. Galli

Dr. A.J. Ramirez-Cuesta

Prof. Li-Jun Wan

Prof. A. Züttel

Prof. H.-J. FreundUniv.Chicago

Oak Ridge National
Laboratory

Chinese Academy ofScience, Beijing

École polytechnique
fédérale de Lausanne (EPFL)

Max Planck Institute,Berlin

学術調査官の先生方学 術 調 査 官 の 先 生 方 ならび に評 価 グ ル ー プ・国 際 アド バ イ ザ リー グ ル ー プ の
先 生 方 からご 指 導を戴きな が ら、
水 素 科 学 を 舞 台 にし た 全 く想 定 外 の成 果 創 出 も 目 指 すととも に 、
次 々 世 代 の エネル ギ ー 変 革 および

田中優実

東京理科大学（〜2018年7月31日）

岩倉いずみ
神奈川大学

緒明佑哉

物 質 科 学 全 体 の 飛 躍 に 貢 献します 。

慶應義塾大学・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

N

多価超イオン伝導5界面機能強化

多電子反応制御高難度物質変換

水素データ同化・領域キックオフ会議（第1回全体会議）
2018年8月8日（水）東北大学東京分室において、領域キックオフ会議を開催しました。折茂領域代表の挨拶と全体説明に続き、岩倉学術調査官から運営方法等に関するご説明、そして各計画研究代表7名から研究紹介がありました。
さらに、評価グループの先生方から大変貴重なご講評もいただきました。

▲ キックオフ会議▲ 塚田先生・西出先生のご挨拶▲ 意見交換会開催プログラム

14:00 〜 14:20

領域代表挨拶：折茂 慎一（東北大学）

14:20 〜 14:30

学術調査官ご挨拶・運営方法等のご説明：岩倉 いずみ先生

14:30 〜 15:00

ご出席者自己紹介【計画研究代表からの研究計画・共用可能装置等の紹介】※各20分 (質疑応答含む)

15:00 〜 15:20

A01：折茂 慎一（東北大学）

15:20 〜 15:40

A02：一杉 太郎（東京工業大学）

15:40 〜 15:50

休憩

15:50 〜 16:10

A03-1：宮武 健治（山梨大学）

16:10 〜 16:30

A03-2：森 初果（東京大学）

16:30 〜 16:50

A04：山内 美穂（九州大学）

16:50 〜 17:10

A05-1：福谷 克之（東京大学）

17:10 〜 17:30

A05-2：常行 真司（東京大学）

17:30 〜 18:30

報告・審議、評価グループの先生方からのご講評▲ 反強誘電性・非磁性絶縁体

6第1回若手育成スクール
2018年10月3日(水)東京大学生産技術研究所において、若手育成スクールの開始にあたり、キックオフ会議を開催しました。
40 名の方にご参加いただき、折茂領域代表の全体説明、宮武計画研究代表より若手育成スクール趣旨説明が行われました。
若手サイエンティストの活気に満ちた賑やかな会議となり、本新学術領域の今後の発展を大いに期待できる出発となりました。

▲ 若手育成スクールキックオフ▲ 意見交換会▲ 福谷研究室ラボツアー

若手サイエンティストメンバー

7明石 遼介（東京大学）

古府 麻衣子（原子力機構）

外山 直樹（東北大学）

池田 一貴（高エネルギー機構）

榊 浩司（産業技術総合研究所）

長塚 直樹（東京大学）

出崎 亮（量研機構）

櫻井 敦教（東京大学）

中山 亮（東京工業大学）

今井 雅也（大阪大学）

笹原 悠輝（東京工業大学）

西川 幸志（兵庫県立大学）

上田 顕（東京大学）

佐藤 豊人（東北大学）

春山 潤（東京大学）

大口 裕之（東北大学）

清水 亮太（東京工業大学）

廣本 武史（兵庫県立大学）

岡 弘樹（早稲田大学）

城 鮎美（量研機構）

北條 智彦（東北大学）

岡﨑 宏之（量研機構）

砂入 允哉（東京大学）

本田 孝志（高エネルギー機構）

小倉 正平（東京大学）

髙木 成幸（東北大学）

松村 大樹（原子力機構）

小澤 孝拓（東京大学）

竹入 史隆（分子科学研究所）

松本 剛（中央大学）

木須 一彰（東北大学）

武安 光太郎（筑波大学）

三宅 純平（山梨大学）

金 相侖（東北大学）

田邉 一郎（大阪大学）

吉丸 翔太郎（九州大学）

後藤 和泰（名古屋大学）

出倉 駿（東京大学）※ 敬称略（五十音順）

各種研究会
第15回水素量子アトミクス研究会／第1回ハイドロジェノミクス研究会
2018年 11月15日( 木 )-16日( 金 )東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライトにおいて、第 15回水素量子ア
トミクス研 究 会 ／ 第 1 回ハイドロジェノミクス研究会を開催しました。
本年度から秀逸な発表を行った若手研究者に「ハイドロジェノミクス奨励賞」を授与することとなり、東京大学生産技術研究所福谷研究室の▲ 水素量子アトミクス研究会／ハイドロジェノミクス研究会

小澤孝拓さん(D1)と東京工業大学物質理工学院一杉研究室の笹原悠輝さん(M２)のお二人が表彰されました。
来年度から本研究会は「ハイドロジェノミクス研究会」として引続き開催いたします。皆様のご参加をお待ちしております。
小澤孝拓さん：（写真／右）／講演題目 ： Pdナノ薄膜中における水素の量子拡散の観測／共著

者 ： 小澤孝拓、笹原悠輝、清水亮太、小倉正平、ー杉太郎、
福谷克之（東大生研・東工大物質理工の共同研究）

笹原悠輝さん：（写真／左）／講演題目 ： TiH 2 -δ

エピタキシャル薄膜の伝導キャリアの水素組成

依存性／共著者：笹原悠輝、清水亮太、西尾和記、大口裕之、小倉正平、折茂慎一、福谷克之、一杉太郎（東工大物質理工・東北大AIMR・東大生研・東北大金研の共同研究）▲ 第1回ハイドロジェノミクス奨励賞受賞者

第12回物性科学領域横断研究会
2018年11月30日(金)-12月1日(土)奈良先端科学技術大学院大学において、物性科学に関連した8つの新学術領域研究が、日本物理学会、日本磁気学会、日本化学会、日本表面真空学会の協賛のもと、合同で研究会を開催しました。100 名を超える研究者が参加し、各領域の研究内容を専門外の研究者や大学院学生に対して紹介することで、領域間のシナジー効果を高めることができました。詳細は以下のウェブサイトをご参考下さい。http://www.org.kobe-u.ac.jp/ryoikioudan/index.html▲ 物性科学領域横断研究会

8若手サイエンティストのご紹介 ①
日本原子力研究開発機構J-PARC センター

古府 麻衣子

初めまして、原子力機構J-PARCセンターの古府麻衣子と申します。私は中性子散乱手法を用いて物質内の原子/分子やスピンのダイナミクスを調べる研究を行なっています。無機固体の磁性体や超伝導体、錯体、金属水素化物、液体などさまざまな物質を調べてきました。最近は、量子性が顕著に現れる水素原子のダイナミクスに興味を持っています。
２年前まで私は東京大学物性研究所の山室研究室に在籍していました。
パラジウ
ムナノ粒子中の水素原子の拡散や振動に関する研究を行い、ナノ粒子中では、内部と表面付近の水素原子は異なる運動性を示すことを明らかにしました。
これは表面付近でポテンシャルの形状が大きく変わっていることを示す結果です。
エックス線や電子線と異なり、中性子は原子核で散乱するため、散乱強度は電子数に依存しません。
とくに水素原子は散乱強度が最も大きく、中性子で“捉えやすい”原子です。過去にも水素を含む物質が数多く研究されてきましたが、私が所属するJ-PARCセンターの高性能の中性子散乱装置を用いれば、まだまだ新しい発見があると思っています。
とくに、協奏的なトンネル現象を示す物質などがあれば是非中性子で測定してみたいと思っています。
「ハイドロジェノミクス」
では最先端の水素科学研究が行われています。皆様と協力して、まだ知られていない水素の一面を明らかにしたいと思っています。
どうぞよろしくお願いします。

名古屋大学工学研究科物質プロセス工学専攻

後藤 和泰

初めまして。名古屋大学の後藤です。私はエネルギー問題など社会的問題の解決を志向し、現在は主に結晶シリコン太陽電池への応用を目指した材料の研究を表面や界面に着目して行っております。
シリコンを用いた電子デバイスの多くは、表面の性質がデバイスの性質を支配的に決めてしまうため、保護膜の導入が重要となっています。保護膜の機能の一つは、結晶シリコン表面に存在する欠陥の密度を低減することです。
これら保護膜は、保護膜中に含まれている水素が結晶シリコン表面の未結合手と結合することで、欠陥密度を低減させるというモデルが提案されております。
しかし、シリコン表面にどれだけの水素がどのような状態で留めればよいのかが未だに分かっていません。
これはさらなるデバイス性能の向上への障害となっています。結晶シリコンと保護膜との界面における水素機能の根源的なメカニズムを理解することは、太陽電池への応用に限らず非常に重要な課題です。
私は本プロジェクトの研究者の皆様と連携し、結晶シリコンと保護膜との界面における水素機能の根源的なメカニズムの解明、および水素の界面局在の新手法を創出して界面機能の強化を目指したいと考えています。
さらに、得られた知見がプロジェクトの研究にとって良い相乗効果を及ぼせるように貢献したいです。皆さんと一緒にハイドロジェノミクスを推進できることを楽しみにしております。
どうぞよろしくお願いします。

量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門

出崎 亮

私は、
量研機構(QST)高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部（群馬県高崎市）に所属し、イオンビームを利用した(1)カーボン前駆体高分子からのグラファイト合成に関する研究、(2)高活性高耐久性白金触媒の開発に関する研究に取り組んでいます。(1)では、異種元素含有カーボン触媒の合成プロセスへの応用を目指し、カーボンの原料となる高分子材料に金属イオンを注入した後800℃程度の温度で炭素化処理する方法で、高分子材料中に生成する金属ナノ粒子を利用してグラファイト結晶相を含むカーボン材料を合成するプロセスを開発しています。
また(2)では、白金／カーボン触媒の高活性化・高耐久化を目指し、イオンビームを照射することによって欠陥を導入したカーボン基板上に白金を蒸着して白金／カーボン触媒を作製し、その特性評価等を行ない、イオンビーム照射効果の解明に取り組んでいます。
これらの研究を通じて、イオンビーム照射技術や各種物性評価技術を得るとともに、最近では、
SPring-8大型放射光施設を利用して触媒材料のX線吸収微細構造(XAFS)分析も行なっています。
これまで、高密度水素による水素化物超伝導・超イオン電伝導等の超機能材料の開発研究には全く携わったことのない新参者ですが、イオン照射技術やXAFS分析技術を活かしてハイドロジェノミクスに取り組んでいければ、と考えています。
ご指導ご鞭撻のほど、何卒よろしくお願いいたします。

9

共用装置のご紹介 ①
合成・試料作製
高圧合成装置○ シーティーファクトリー,
圧力(固体圧縮)3-6GPa,
温度300–1000K○ 水素化物の高温高圧合成に使用○ 設置場所 ： 東北大学折茂研究室

回析・散乱X線回析装置○ BRUKER D8 DISCOVER/TXS○ 0D/1Dと2Dの二種類の検出器が使用可能○ 設置場所 ： 東京工業大学一杉研究室

熱 分析・質量分析
高分解能質量分析計○ Bruker micrOTOF-Q III○ 化合物の高分解能質量分析が可能○ 設置場所 ： 理化学研究所

分光
パラ水素・オルソ重水素作製機および分光器○ 酸化鉄触媒によるパラ水素およびオルソ重水素作成,条件に応じてオルソ水素も作成可○ 冷凍機により20Kで動作○ 設置場所：東京大学福谷研究室

電 気 特性・電気化学測定
高分子膜電気化学測定装置○ BAS社製○ 高速水素輸送を担う高分子シートのレドックス特性を解明○ 設置場所：早稲田大学小柳津研究室

10

今後の予定○ 2019年1月11日(金)-1月12日(土)「第2回全体会議・若手育成スクール」
を東北大学金属材料研究所にて開催いたします。
○ 2019年5月17日(金)–5月18日(土)「第3回全体会議・若手育成スクール」を東京工業大学にて開催いたします。
○ 2019年11月20日(水)–11月23日(土)「第4回全体会議・若手育成スクール」
および「第2回ハイドロジェノミクス研究会」を九州大学にて開催いたします。
○ 2019年12月10日(火)–14 日(土)「MRS-J(横浜シンポジア)」に参画いたします。
○ 2020年1月5日(日)–10日(金)「第1回ハイドロジェノミクス国際会議」を札幌にて開催いたします。

■ 編集･発行

新学術領域研究 Hydrogenomics アウトリーチ担当

E-mail : outreach@hydrogenomics.jp

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Hydrogenomics News Letter, vol.1

発行日 ： 2018 年 12月25日